Angular momentum flux of nonparaxial acoustic vortex beams and torques on axisymmetric objects

物理 角动量 光的角动量 光的轨道角动量 螺旋度 总角动量 梁(结构) 角动量耦合 量子电动力学 经典力学 光学 量子力学
作者
Likun Zhang,Philip L. Marston
出处
期刊:Physical Review E [American Physical Society]
卷期号:84 (6) 被引量:167
标识
DOI:10.1103/physreve.84.065601
摘要

An acoustic vortex in an inviscid fluid and its radiation torque on an axisymmetric absorbing object are analyzed beyond the paraxial approximation to clarify an analogy with an optical vortex. The angular momentum flux density tensor from the conservation of angular momentum is used as an efficient description of the transport of angular momentum. Analysis of a monochromatic nonparaxial acoustic vortex beam indicates that the local ratio of the axial (or radial) flux density of axial angular momentum to the axial (or radial) flux density of energy is exactly equal to the ratio of the beam's topological charge $l$ to the acoustic frequency $\ensuremath{\omega}$. The axial radiation torque exerted by the beam on an axisymmetric object centered on the beam's axis due to the transfer of angular momentum is proportional to the power absorbed by the object with a factor $l/\ensuremath{\omega}$, which can be understood as a result of phonon absorption from the beam. Depending on the vortex's helicity, the torque is parallel or antiparallel to the beam's axis.

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